⬛️ В общем случае, чтобы рассчитать температуру кипения раствора в выпарной установке,
нужно к его собственной температуре кипения прибавить значения всех трёх депрессий (если они наблюдаются в аппарате)

Для наиболее простой вакуум-выпарной установки (https://t.me/c/1283992672/49) характерны все описанные проблемы и три вида депрессий.

Кроме того, площадь контакта жидкости с нагретой поверхностью в подобных установках невелика.

Всё это обуславливает их небольшую производительность.

◽️🔹Многие из описанных недостатков можно устранить при выпаривании жидкости в плёнках.
Как именно – увидим дальше:

Пример создания плёнки жидкости

🟦 Плёночные испарители: быстро, бережно и эффективно ⚙🌬〰
===========================

🔷 С нагретой поверхностью контактирует не весь объём выпариваемой жидкости сразу, а её тонкий слой – плёнка, которая непрерывно обновляется (стекает или поднимается вверх).
Концентрированный раствор удаляется с нагретой поверхности и заменяется новой плёнкой.

🔹 За счёт того, что плёнка быстро и равномерно нагревается, скорость испарения растворителя высока, а общее время температурного воздействия мало.
▫️Это позволяет выпаривать растворы термолабильных веществ.

🔹 Плёнка на поверхности теплообмена достаточно тонкая, поэтому разность давлений в её толщине и на поверхности практически отсутствует, как и гидростатическая депрессия.

🔹Быстрое испарение растворителя из плёнки приводит к тому, что вклад температурной депрессии в процесс выпаривания не так значителен по сравнению с объёмными выпарными аппаратами.

🔹Кипение жидкости в движущихся плёнках отличается от объёмного кипения и происходит по типу поверхностной конвекции, когда растворитель свободно испаряется с поверхности большой площади. В этом случае интенсивность теплообмена (твердоё – жидкость) и массопереноса (жидкость – газ) выше, чем при кипении больших объёмов жидкости.
▫️А в растворах при этом практически не происходит образования пены.
▫️Исключает возможность пенообразования также конструкция некоторых испарителей, которые позволяют проводить процесс без перемешивания.

🟦 Преимущества плёночных испарителей:
▫️- кратковременный нагрев жидкости
▫️- высокий коэффициент теплопередачи
▫️- сохранение термолабильных веществ
▫️- возможность выпаривания сильно пенящихся растворов
▫️- небольшое гидравлическое сопротивление
▫️- отсутствие гидростатической депрессии
▫️- значительное увеличение площади соприкосновения фаз
▫️- и, как следствие, высокая производительность установок.

А теперь о главном:

🟦 Как создать плёнку жидкости в испарителе ⚙ 🌬❔❔
===========================
⬜️ Для маловязких растворов подходит
🔹свободное стекание жидкости вниз по нагретому корпусу аппарата или по трубам внутри него – «падающая, или стекающая плёнка», falling film evaporation,
🔹или подъём слоя жидкости вверх по обогреваемым трубам за счёт разницы давлений внизу и вверху аппарата – «восходящая плёнка», rising film evaporation.

⬜️ Вязкие жидкости стекают медленно и трудно образуют равномерный тонкий слой. Поэтому для их выпаривания используют
🔹 аппараты с дополнительными перемешивающими устройствами, которые вращаются и «размазывают» жидкость в плёнку по нагретому вертикальному корпусу.
▫️Из-за наличия вращающегося ротора такой тип выпарных установок называют роторно-плёночными испарителями (РПИ), или agitated (wiped) film evaporator (плёночный испаритель с мешалкой)
▫️Перемешивающие элементы в них различаются по форме, размеру и материалу. При использовании жёстких скребков в РПИ возможно не только упаривание раствора, но и его высушивание с удалением сухого продукта с поверхности нагрева.

🔹 В испарителях с горизонтальным корпусом плёнка образуется путём распыления жидкости по поверхности нагретых труб.

📌 Плёнку можно создавать и другими способами – например, вращением корпуса аппарата.
▫️В этом случае жидкость распределяется обогреваемым стенкам под действием центробежных сил.
▫️Такой способ не получил широкого распространения в промышленности, однако часто используется для выпаривания небольших объёмов жидкости в лабораторных условиях.
◽️Как правило, его корпус выполнен из стекла:

часть лабораторного плёночного испарителя

🟦⚙️ Плёночные испарители – это отдельный мир, они могут быть
▫️с однократным или многократным пропусканием жидкости через поверхность нагрева,
▫️с её естественной или принудительной циркуляцией,
▫️работать под вакуумом, при атмосферном или повышенном давлении,
▫️иметь вертикальный или горизонтальный корпус,
▫️различную форму греющей камеры,
▫️различаться объёмами жидкости, размерами,
материалами рабочих частей, видом теплоагента, способом отвода паров, производительностью.

🔹Такой широкий диапазон характеристик позволяет выбрать оборудование, подходящее для конкретного процесса.
◽️Разных установок очень и очень много потому, что у них есть преимущества, описанные выше.

⚙️ Примеры оборудования:

🟦 А. Испаритель со свободно падающей плёнкой:
https://www.youtube.com/watch?v=N7iIzKA5xh8&list=PLzQHAU3jdHvYvsVT_qDhqe30Ofzrceui_&index=6&t=7s

🟦 В. Роторно-плёночный испаритель - великолепный пример работы:
https://www.youtube.com/watch?v=RS-2asFipNA&list=PLzQHAU3jdHvYvsVT_qDhqe30Ofzrceui_&index=7

🟣 Колоночная хроматография: выделить и очистить ⚪️
===================
Помимо широкого использования в анатилической химии (ВЭЖХ, ГЖХ), этот метод применяется и для выделения и очистки БАВ в промышленных масштабах.

Несмотря на разницу целей и оборудования, принципы хроматографического разделения в аналитике и промышленности общие:

Ионнообменная хроматография основана на равновесном вытеснении ионов с поверхности заряженного сорбента
(https://youtu.be/q3fMqgT1do8)

Основные этапы ионнобменной хроматографии ⚪️🔁🟣
=======================
◽️ 1. Подготовка сорбента – замачивание ионита в буферном растворе для его насыщения подвижными ионами.
❗️Для каждого сорбента – свой буфер.

◽️2. Пропускание раствора заряженного целевого вещества через слой сорбента. Происходит равновесный обмен ионами и связывание целевых ионов с сорбентом.

◽️3. Промывание сорбента для удаления примесей, которые могли задержаться в его слое. Эта стадия может отсутствовать.

◽️4. Элюирование (смывание) ионов целевого БАВ. Для этого через сорбент пропускают элюент — раствор с другим значением pH (как правило, с большей концентрацией ионов), ионы из которого вытесняют БАВ с поверхности сорбента.
На этой стадии получают элюат — очищенный раствор, насыщенный целевыми ионами.

◽️5. Регенерация сорбента – промывание буферным раствором для восстановления его ионной структуры.

🔺Важным является то, что в этом методе происходит равновесный обмен ионами - сколько зарядов вытеснено с поверхности, столько и связывается с ней.

Сорбенты для ионообменной хроматографии ⚪️🟣
==========================
Ионообменные смолы состоят из основы – полимера-носителя, на который привиты заряженные группы.
В качестве носителей используют полистиролы, модифицированные декстраны (марка сорбентов Sephadex), производные целлюлозы и агарозы.
Сорбенты на их основе различаются по размеру частиц, пористости и ёмкости для ионообменных групп.

Структура агарозы и внешний вид сорбента на её основе (Sepharose)

А вот выглядят заряженные группы на поверхности агарозы:

примеры сорбентов линейки Sepharose